Насосные станции Адмирал

Основы расчета режимов работы центробежных и осевых насосов

Совместные характеристики работы параллельно включенных насосов и водовода сложного профиля

В ряде случаев водоводы и напорные магистрали канализационных систем имеют сложный профиль с одним или несколькими перегибами (рис. 3.19,а). При этом в точке 3, как правило, устанавливают клапан для выпуска или впуска воздуха. Таким образом, участок 3—4 водовода может работать как в напорном, так и в самотечном режимах.

Рис. 3.19. Схема водовода (а) и характеристики двух насосов и водовода(б)

 


Особенности построения совместных характеристик центробежных насосов, установленных в водяных скважинах

Основные параметры работы центробежных насосов, установленных в водяных скважинах, определяют по характеристикам этих насосов, а также по режиму и притоку воды к скважине.
Обычно заводы-изготовители приводят в паспортах характеристики насосов при работе без напорного трубопровода, т.е. дают зависимости Q, N и η от напора H, развиваемого насосом относительно выходного патрубка собственно насоса (см. плоскость А— А на рис. 3.16). Для получения зависимости подачи Q от напора Hб (в точке б) на выходном патрубке напорного трубопровода скважины (относительно плоскости Б—Б на рис. 3.16) необходимо построить дроссельную (или приведенную) характеристику насоса, отнесенную к точке б. Как известно, эта характеристика строится путем вычитания из ординат кривой Q—Н потерь напора ∑hп в напорном трубопроводе (в данном случае на участке аб).
Величина Еhп может быть выражена следующей зависимостью:

∑hп=nsQ2

где n— число секций напорного трубопровода; s — сопротивление одной секции.

 


Основы построения графиков совместной работы насосов, водоводов и водопроводной сети

В системах водоснабжения насосы и насосные установки работают, как правило, совместно с несколькими водоводами и с развитой системой трубопроводов — водопроводной сетью. При построении характеристик совместной работы насосов и нескольких водоводов необходимо учитывать параллельную работу водоводов и возможность выключения некоторых их участков при аварии и ремонте.

 

Рис. 3.14. Характеристика последовательной работы двух насосов, установленных на значительном расстоянии один от другого

 


Последовательная работа центробежных насосов

Центробежные насосы включают в одну систему последовательно, т.е. напорный патрубок одного насоса подключают к всасывающему патрубку второго в тех случаях, когда напор, развиваемый одним насосом, недостаточен для подачи жидкости на заданную высоту, или в тех случаях, когда последовательное включение насосов позволяет обеспечить подачу расчетного расхода при заданной характеристике системы.

Рис. 3.12. Характеристика параллельной работы в одной системе двух насосов, установленных на значительном расстоянии один от другого  

Рис. 3.12. Характеристика параллельной работы в одной системе двух насосов, установленных на значительном расстоянии один от другого

 

 


Параллельная работа центробежных насосов

Насосы в насосных станциях и крупных установках, как правило, работают совместно, т.е. несколько насосов подают жидкость в одну систему. При этом насосы могут быть включены в систему последовательно (последовательная работа) или параллельно (параллельная работа). Параллельной называют совместную одновременную работу нескольких насосов, присоединенных напорными патрубками к общей системе.
Параллельная работа центробежных насосов с одинаковыми характеристиками. На рис. 3.11, а изображена характеристика Q — H каждого из двух одинаковых насосов. Для того чтобы построить суммарную характеристику этих двух насосов при параллельной работе, необходимо удвоить абсциссы кривой Q—H одного насоса при одинаковых ординатах (напорах). Например, для нахождения точки в суммарной характеристики Q — H необходимо удвоить отрезок аб. Таким образом, отрезок ав = 2аб. Так же находят и другие точки суммарной характеристики.

Характеристики параллельной работы двух центробежных насосов в одной системе

Рис. 3.11. Характеристики параллельной работы двух центробежных насосов в
одной системе
а — насосы с одинаковыми характеристиками; 6 — насосы с разными характеристиками

 


Регулирование подачи центробежных насосов

Существует два основных способа регулирования подачи центробежных насосов — изменение характеристики системы (дросселирование задвижками на напорной или на всасывающей линиях, перепуск части жидкости из напорного трубопровода во всасывающий, впуск воздуха во всасывающий патрубок насоса) и изменение частоты вращения рабочего колеса насоса. Первым способом можно только уменьшать подачу насоса. Как правило, этот способ неэкономичен, однако на практике им приходится часто пользоваться. Кроме того, следует иметь в виду, что системы с центробежными насосами могут непроизвольно регулироваться при изменении характеристики системы.
Характеристики регулирования при постоянной частоте вращения. Способ регулирования подачи задвижкой на напорном патрубке насоса основан на увеличении сопротивления напорной линии. Выяснить достоинства и недостатки этого способа, а также определить область его применения можно путем построения характеристик регулирования (рис. 3.8). На этом рисунке кривая ER1A —характеристика Q—H насоса, а кривая PD — характеристика системы (трубопровода). Рабочей точке А соответствует подача QA- ПО условиям работы системы в нее следует подавать жидкость с расходом QR, меньшим расхода QA.

Рис. 3.7. Схема работы насоса с неустойчивой характеристикой Рис. 3.8. Характеристика дроссельного регулирования насоса

Рис. 3.7. Схема работы насоса с неустойчивой характеристикой    Рис. 3.8. Характеристика дроссельного регулирования насоса

 


Устойчивость работы насоса в системе

Характеристика некоторых центробежных насосов (как правило, малой быстроходности) неустойчива. Кривая Q—H таких насосов (рис. 3.7) имеет максимум в зоне небольших подач. Если насос с такой характеристикой подает жидкость в резервуар, из которого она затем поступает потребителю, то при некоторых условиях работы системы может наступить неустойчивый режим работы насоса.
Вначале насос работает с большой подачей и система заполняется жидкостью. Если при этом расход жидкости, отбираемой потребителем, меньше подачи (Qпот<QH), TO уровень в баке начнет повышаться, а подача насоса уменьшаться до величины Q1. Если в этом случае расход жидкости, отбираемой потребителем, будет меньше подачи насоса, то уровень в баке возрастет до линии 2—2. При сохранении условия Qпот<Qa уровень должен был бы расти и дальше, но это невозможно, так как насос не в состоянии обеспечить больший напор.
При этом равновесие нарушается, и система насос — сеть попадает в так называемый режим помпажа. Напор, развиваемый насосом, падает до значения напора холостого хода H, насос уже не может удержать давящий на него столб жидкости высотой Hmах, и жидкость начинает течь в обратном направлении (если на напорном трубопроводе насоса не установлен обратный клапан). , Как только уровень понизится, насос возобновит работу с подачей, соответствующей подаче в точке 3 характеристики Q—H. Если режим работы системы к этому времени не изменится, то описанное явление повторится вновь. Неустойчивый режим работы насоса в системе приводит к колебаниям подачи и напора и может сопровождаться гидравлическими ударами в сети.

рис. 3.7

 


Характеристика системы и рабочий режим насоса

Установить, в каком режиме будет работать насос, можно лишь при условии, если известна характеристика системы, в которую этот насос подает жидкость. В простейшем случае система—это напорный трубопровод, соединяющий насос с баком'. Как известно, напор, развиваемый насосом, складывается из геометрической высоты подъема жидкости и суммы гидравлических сопротивлений:
H=Hг+∑hп

где ∑hп— сумма потерь напора.
Величина Ehп зависит от диаметра и длины трубопровода, шероховатости его стенок, числа местных сопротивлений и расхода Q подаваемой жидкости, т. е.

∑hп=SQ2=(Aι+Am∑ζ)Q2    (3.4)
где S — полное сопротивление системы; А — удельное сопротивление по длине труб; Am— удельное местное сопротивление; ι— длина трубопровода; ∑ζ— сумма коэффициентов местных сопротивлений

Значения Л, по данным Ф. А. Шевелева [10], приведены в прил. 10. Удельное местное сопротивление Аы можно найти по формуле
Am=16/2gπ2d4,   (3.5)
где d — диаметр фасонной части, м.
Значения Am вычисленные по этой формуле для расходов в м3/с, приведены в табл. 3.1. Если расход выражен в л/с, то значения Ам, приведенные в табл. 3.1, следует умножить на 10-6.

 


Характеристика центробежного насоса

Графическая зависимость основных технических показателей (напора, мощности, КПД, допустимой высоты всасывания) от подачи при постоянных значениях частоты вращения рабочего колеса, вязкости и плотности жидкости на входе в насос называется характеристикой насоса.
Характеристика зависит от типа насоса, его конструкции и соотношения размеров его основных узлов и деталей. Различают теоретические и экспериментальные характеристики насосов.
Теоретические характеристики получают, пользуясь основными уравнениями центробежного насоса, в которые вводят поправки на реальные условия его работы. На работу насоса влияет большое число факторов, которые трудно, а иногда и невозможно учесть, поэтому теоретические характеристики насоса неточны и ими практически не пользуются. Истинные зависимости между параметрами работы центробежного насоса определяют экспериментально, в результате заводских (стендовых) испытаний насоса или его модели. Насосы испытывают на заводских испытательных станциях. Методика испытаний насосов установлена ГОСТ 6134—71. Для испытания насос устанавливают на стенде, оборудованном аппаратурой и приборами для измерения расхода, давления, вакуума и потребляемой мощности. После пуска насоса подачу регулируют изменением степени открытия задвижки на напорной линии. Таким образом устанавливают несколько значений подачи и измеряют соответствующие этим значениям величины напора и потребляемой мощности.